Devido à grande magnitude com que as correntes de turbidez ocorrem no ambiente natural, a simulação física em escala reduzida tem sido a ferramenta usada pelos pesquisadores para expandir a compreensão do desenvolvimento de tal fenômeno na natureza. O presente trabalho apresenta a caracterização reológica de misturas de água e sedimento que são utilizadas em laboratório na simulação física de correntes de turbidez. O objetivo principal deste trabalho é comparar os dados obtidos via ensaio reológico com as equações reológicas frequentemente usadas para o cálculo da viscosidade. O estudo contemplou o uso de um equipamento específico, o reômetro, para realização da medição das amostras e obtenção de reogramas (relação tensão/taxa de deformação) e o uso de 3 spindles diferentes (cone e prato, vane e cilindro concêntrico). Os ensaios foram realizados com uma mistura de água, caulim e/ou carvão em diferentes proporções de sedimentos nas concentrações volumétricas de 5, 10, 15, 20, 25 e 30%. Os resultados experimentais da caracterização reológica ajustaram-se bem aos modelos de Newton e Herschel-Bulkley. Com os resultados também foi possível determinar a máxima fração de empacotamento por meio do método gráfico de Liu (2000), cujos valores encontrados estão consonantes com os mencionados na literatura. Os resultados demonstraram que se deve ter cautela ao se generalizar a utilização de um modelo para prever a viscosidade relativa de suspensões. Por fim, foram propostas duas equações para estimativa da viscosidade relativa em função da concentração volumétrica de cada sedimento, da máxima fração de empacotamento e da porcentagem de argila presente na mistura. / Due to the large magnitude that the turbidity currents occur on the natural environment, physical simulation on a small scale has been the tool used by researchers to expand the understanding of the development of such a phenomenon in nature. This paper presents the rheological characterization of mixtures of water and sediment that are used in the laboratory in the physical simulation of turbidity currents. The main objective of this work is to compare the data obtained via rheological test with the rheological equations often used to calculate the viscosity. The study comprises the use of a specific tool, the rheometer, for realization of the measurement of the samples and obtaining of rheograms (shear stress/shear rate) and the use of three different spindles (cone and plate, concentric cylinder and vane). Assays were performed with a mixture of water, kaolin and/or coal in different proportions of sediment in the volumetric concentrations of 5, 10, 15, 20, 25 and 30%.With the results it was also possible to determine the maximum packaging fraction through the graphical method of Liu (2000), whose found values are correspondents with those mentioned in the literature. The results demonstrate that we must be careful to generalize the use of a model to predict the relative viscosity of suspensions. Finally, have been proposed two equations to estimate the relative viscosity due of volumetric concentration of each sediment, the maximum packing fraction and the percentage of clay present in the mixture.

Devido à grande magnitude com que as correntes de turbidez ocorrem no ambiente natural, a simulação física em escala reduzida tem sido a ferramenta usada pelos pesquisadores para expandir a compreensão do desenvolvimento de tal fenômeno na natureza. O presente trabalho apresenta a caracterização reológica de misturas de água e sedimento que são utilizadas em laboratório na simulação física de correntes de turbidez. O objetivo principal deste trabalho é comparar os dados obtidos via ensaio reológico com as equações reológicas frequentemente usadas para o cálculo da viscosidade. O estudo contemplou o uso de um equipamento específico, o reômetro, para realização da medição das amostras e obtenção de reogramas (relação tensão/taxa de deformação) e o uso de 3 spindles diferentes (cone e prato, vane e cilindro concêntrico). Os ensaios foram realizados com uma mistura de água, caulim e/ou carvão em diferentes proporções de sedimentos nas concentrações volumétricas de 5, 10, 15, 20, 25 e 30%. Os resultados experimentais da caracterização reológica ajustaram-se bem aos modelos de Newton e Herschel-Bulkley. Com os resultados também foi possível determinar a máxima fração de empacotamento por meio do método gráfico de Liu (2000), cujos valores encontrados estão consonantes com os mencionados na literatura. Os resultados demonstraram que se deve ter cautela ao se generalizar a utilização de um modelo para prever a viscosidade relativa de suspensões. Por fim, foram propostas duas equações para estimativa da viscosidade relativa em função da concentração volumétrica de cada sedimento, da máxima fração de empacotamento e da porcentagem de argila presente na mistura. / Due to the large magnitude that the turbidity currents occur on the natural environment, physical simulation on a small scale has been the tool used by researchers to expand the understanding of the development of such a phenomenon in nature. This paper presents the rheological characterization of mixtures of water and sediment that are used in the laboratory in the physical simulation of turbidity currents. The main objective of this work is to compare the data obtained via rheological test with the rheological equations often used to calculate the viscosity. The study comprises the use of a specific tool, the rheometer, for realization of the measurement of the samples and obtaining of rheograms (shear stress/shear rate) and the use of three different spindles (cone and plate, concentric cylinder and vane). Assays were performed with a mixture of water, kaolin and/or coal in different proportions of sediment in the volumetric concentrations of 5, 10, 15, 20, 25 and 30%.With the results it was also possible to determine the maximum packaging fraction through the graphical method of Liu (2000), whose found values are correspondents with those mentioned in the literature. The results demonstrate that we must be careful to generalize the use of a model to predict the relative viscosity of suspensions. Finally, have been proposed two equations to estimate the relative viscosity due of volumetric concentration of each sediment, the maximum packing fraction and the percentage of clay present in the mixture.

Devido à grande magnitude com que as correntes de turbidez ocorrem no ambiente natural, a simulação física em escala reduzida tem sido a ferramenta usada pelos pesquisadores para expandir a compreensão do desenvolvimento de tal fenômeno na natureza. O presente trabalho apresenta a caracterização reológica de misturas de água e sedimento que são utilizadas em laboratório na simulação física de correntes de turbidez. O objetivo principal deste trabalho é comparar os dados obtidos via ensaio reológico com as equações reológicas frequentemente usadas para o cálculo da viscosidade. O estudo contemplou o uso de um equipamento específico, o reômetro, para realização da medição das amostras e obtenção de reogramas (relação tensão/taxa de deformação) e o uso de 3 spindles diferentes (cone e prato, vane e cilindro concêntrico). Os ensaios foram realizados com uma mistura de água, caulim e/ou carvão em diferentes proporções de sedimentos nas concentrações volumétricas de 5, 10, 15, 20, 25 e 30%. Os resultados experimentais da caracterização reológica ajustaram-se bem aos modelos de Newton e Herschel-Bulkley. Com os resultados também foi possível determinar a máxima fração de empacotamento por meio do método gráfico de Liu (2000), cujos valores encontrados estão consonantes com os mencionados na literatura. Os resultados demonstraram que se deve ter cautela ao se generalizar a utilização de um modelo para prever a viscosidade relativa de suspensões. Por fim, foram propostas duas equações para estimativa da viscosidade relativa em função da concentração volumétrica de cada sedimento, da máxima fração de empacotamento e da porcentagem de argila presente na mistura. / Due to the large magnitude that the turbidity currents occur on the natural environment, physical simulation on a small scale has been the tool used by researchers to expand the understanding of the development of such a phenomenon in nature. This paper presents the rheological characterization of mixtures of water and sediment that are used in the laboratory in the physical simulation of turbidity currents. The main objective of this work is to compare the data obtained via rheological test with the rheological equations often used to calculate the viscosity. The study comprises the use of a specific tool, the rheometer, for realization of the measurement of the samples and obtaining of rheograms (shear stress/shear rate) and the use of three different spindles (cone and plate, concentric cylinder and vane). Assays were performed with a mixture of water, kaolin and/or coal in different proportions of sediment in the volumetric concentrations of 5, 10, 15, 20, 25 and 30%.With the results it was also possible to determine the maximum packaging fraction through the graphical method of Liu (2000), whose found values are correspondents with those mentioned in the literature. The results demonstrate that we must be careful to generalize the use of a model to predict the relative viscosity of suspensions. Finally, have been proposed two equations to estimate the relative viscosity due of volumetric concentration of each sediment, the maximum packing fraction and the percentage of clay present in the mixture.

Orientador: Flávio Luis Schmidt / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T08:06:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ros-Polski_Valquiria_D.pdf: 3723605 bytes, checksum: 58fdc4b5c478e54632a1364b0e29e441 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A importância de se utilizar tratamento térmico de alimentos a altas temperaturas e curto tempo é que este garante a segurança microbiológica do produto e leva a uma maior preservação das características de qualidade, devido a parâmetros cinéticos que permitem que os fatores de qualidade tenham uma velocidade de destruição menor do que a de microrganismos. Dados reológicos em geral são obtidos a partir de ensaios realizados em equipamentos não pressurizados até temperaturas em torno de 90°C, devido à ebulição da água A altas temperaturas podem ocorrer alterações no produto causando mudança de viscosidade não prevista ao se extrapolar equações obtidas até 90°C. O aumento ou diminuição de viscosidade pode modificar o regime de escoamento do fluido, podendo chegar a causar um sub ou sobre-processamento, dependendo do caso. Por estas razões, é importante conhecer, às temperaturas de processo, as propriedades reológicas do produto, microrganismos alvo de tratamento térmico, pH, cinéticas de degradação de parâmetros de qualidade para que se possa otimizar o dimensionamento de tratamentos térmicos para produtos específicos. O objetivo deste projeto foi a realização de medidas reológicas de soluções-modelo e fluido alimentício a altas temperaturas e obtenção de dados cinéticos de alteração de qualidade como escurecimento, construindo-se, para este fim, um equipamento, que possa ser utilizado como um reômetro capilar pressurizado e como um reator. Um reômetro capilar foi dimensionado e construído com aquecimento por meio de tecnologia de microondas. Foi possível a utilização do equipamento para realização de medidas de propriedades reológicas acima de 100°C de soluções de sacarose a 64 e 63,5°Brix e de purê de banana a 22°Brix. Observou-se um desvio da curva de Arrhenius para o comportamento reológico do purê de banana acima de 100°C, mas não para a solução de sacarose. Foi desenvolvida e aperfeiçoada a metodologia para obtenção da região ótima de tratamento térmico e aplicada para purê de banana com minimização de escurecimento (valor de L menor ou igual a 56,2) e garantia de segurança microbiológica baseado em dados cinéticos para Clostridium botulinum. Esta região compreende temperaturas de tratamento térmico acima de 123°C e tempos abaixo de 2 minutos / Abstract: The importance of using food thermal processing at high temperatures and short time (HTST) is that it guarantees the microbiological security of the product and leads to a higher preservation of quality characteristics, due to kinetic parameters that allow quality factors to have a lower destruction rate than that of microorganisms. There is a lack of data on rheological fluid behavior at high temperatures due to the difficulties brought by the experimental assembly and originated from the thermal degradation that the product can undergo during the long time required for reaching the equilibrium temperature. Product alterations can occur at high temperatures causing unexpected changes of viscosity, invalidating extrapolations obtained from equations that are true just for around 90°C (rheological measurements in non-pressurized equipment due to boiling of water). The increase or reduction of viscosity can modify the flow behavior of the fluid, thus causing an under or over-processing, depending on the case. For these reasons, it is important to know the rheological properties of the product, thermal treatment target microorganisms, pH, degradation kinetics of quality parameters at process temperatures, such as to make possible the design of optimized thermal treatments for specific products. The objective of this project was to study the rheological properties and degradation kinetics at high temperatures of products (food and model solutions) and to obtain quality degradation kinetic data such as browning, in order to optimize thermal treatments. In order to perform the experiments, the objective is to build a device (pressurized capillary rheometer and heat exchanger) capable of rapidly increasing the product temperature, thus minimizing changes due to heat. The capillary rheometer could be built, using microwave as the heating device. It was tested with sucrose solution and banana puree. It was observed a deviation from the Arrhenius curve for the rheological behavior of banana puree above 100°C, but not for sucrose solution. It was possible to model and study the dielectric properties at 915 MHz for different formulations of banana puree at thermal treatment temperatures. The methodology for obtaining the optimal region of thermal treatment was developed and improved. It was tested for banana puree in order to minimize browning (L value lower or equal to 56.2) and to guarantee safety based on Clostridium botulinum kinetics data. This region has 123°C as lower thermal processing temperature and 2 minutes as higher thermal treatment time / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutor em Tecnologia de Alimentos

A ciência na qual se estuda a deformação de um fluido no qual é aplicada uma tensão de cisalhamento é conhecida como reologia e o equipamento utilizado para a realização dos ensaios é chamado de reômetro. Devido a impraticabilidade de uso de reômetros comerciais, diversos pesquisadores desenvolveram reômetros capazes de analisar suspensões de macropartículas, baseados nos mesmos princípios de funcionamento dos equipamentos já existentes. Em alguns casos, a medição do torque do motor é realizada pela aquisição da tensão, uma vez que esta é proporcional ao torque. Entretanto, para melhor compreensão do resultado e para evitar a possibilidade de conclusões precipitadas, vê-se necessária correta interpretação do sinal elétrico, precisando avaliar qual frequência do sinal é relevante para o ensaio e, também, qual a melhor taxa de amostragem. Além da aquisição, para que o ensaio reológico seja realizado com precisão, é indispensável ótimo controle da taxa ou tensão do motor e uma alternativa é a utilização de um servomotor e um servoconversor. No caso desse ser comercial é essencial saber configurá-lo. Para facilitar o usuário leigo, alguns pesquisadores desenvolveram softwares para controle do equipamento e análise dos dados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para compreender o sinal aquisitado de um reômetro servo controlado e desenvolvimento do software de análise para o tratamento dos dados obtidos a partir de ensaios reológicos. Verificou-se a melhor configuração do servocontrolador, a melhor taxa de amostragem, de no mínimo 20 amostras/segundo, e, também, desenvolveu-se um filtro digital passa-baixa do tipo FIR para remover a frequência indesejada. Além disso, foi desenvolvido um software utilizando uma rotina em Matlab e uma interface gráfica do usuário (Graphical User Interface - GUI), para o pós-processamento dos dados para auxiliar o usuário leigo no tratamento e interpretação do resultado, que se mostrou eficaz. / Rheology is the study of the behavior of material in fluid state. Rheometer is the equipment used to perform rheological measurements. Because of the impracticability of commercial rheometer, many researchers have developed rheometer able to analyze macro particles suspension, based on the principle of operation of the existing equipment. In some cases, measurement of the motor torque is performed by acquiring voltage signal, since is proportional to torque. However, for better understanding of the rheological results, it is necessary to understand the electrical signal, evaluating which signal frequency is relevant and what is the best sample rate. In addition, for an accurate rheological testing, it is essential a precise control of the shear rate or shear stress of the motor and a good alternative is the use of a servomotor and a drive. In the case of the drive being commercial, it is essential to know how to configure it. To turn rheometer user-friendly, some researchers have developed software to control the equipment and to analyze data. Thus, this dissertation propose a methodology to understand the electrical signal of a servo controlled rheometer and development of analysis software to process the data obtained from rheological tests. It has been found the best configuration of the servo drive, minimum sampling rate of 20 samples/second, and development of a low pass digital filter to remove unwanted frequency. In addition, was developed a software using a Matlab routine and a Graphical User Interface (GUI) to assist the user in the processing and interpretation of the result.

A ciência na qual se estuda a deformação de um fluido no qual é aplicada uma tensão de cisalhamento é conhecida como reologia e o equipamento utilizado para a realização dos ensaios é chamado de reômetro. Devido a impraticabilidade de uso de reômetros comerciais, diversos pesquisadores desenvolveram reômetros capazes de analisar suspensões de macropartículas, baseados nos mesmos princípios de funcionamento dos equipamentos já existentes. Em alguns casos, a medição do torque do motor é realizada pela aquisição da tensão, uma vez que esta é proporcional ao torque. Entretanto, para melhor compreensão do resultado e para evitar a possibilidade de conclusões precipitadas, vê-se necessária correta interpretação do sinal elétrico, precisando avaliar qual frequência do sinal é relevante para o ensaio e, também, qual a melhor taxa de amostragem. Além da aquisição, para que o ensaio reológico seja realizado com precisão, é indispensável ótimo controle da taxa ou tensão do motor e uma alternativa é a utilização de um servomotor e um servoconversor. No caso desse ser comercial é essencial saber configurá-lo. Para facilitar o usuário leigo, alguns pesquisadores desenvolveram softwares para controle do equipamento e análise dos dados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para compreender o sinal aquisitado de um reômetro servo controlado e desenvolvimento do software de análise para o tratamento dos dados obtidos a partir de ensaios reológicos. Verificou-se a melhor configuração do servocontrolador, a melhor taxa de amostragem, de no mínimo 20 amostras/segundo, e, também, desenvolveu-se um filtro digital passa-baixa do tipo FIR para remover a frequência indesejada. Além disso, foi desenvolvido um software utilizando uma rotina em Matlab e uma interface gráfica do usuário (Graphical User Interface - GUI), para o pós-processamento dos dados para auxiliar o usuário leigo no tratamento e interpretação do resultado, que se mostrou eficaz. / Rheology is the study of the behavior of material in fluid state. Rheometer is the equipment used to perform rheological measurements. Because of the impracticability of commercial rheometer, many researchers have developed rheometer able to analyze macro particles suspension, based on the principle of operation of the existing equipment. In some cases, measurement of the motor torque is performed by acquiring voltage signal, since is proportional to torque. However, for better understanding of the rheological results, it is necessary to understand the electrical signal, evaluating which signal frequency is relevant and what is the best sample rate. In addition, for an accurate rheological testing, it is essential a precise control of the shear rate or shear stress of the motor and a good alternative is the use of a servomotor and a drive. In the case of the drive being commercial, it is essential to know how to configure it. To turn rheometer user-friendly, some researchers have developed software to control the equipment and to analyze data. Thus, this dissertation propose a methodology to understand the electrical signal of a servo controlled rheometer and development of analysis software to process the data obtained from rheological tests. It has been found the best configuration of the servo drive, minimum sampling rate of 20 samples/second, and development of a low pass digital filter to remove unwanted frequency. In addition, was developed a software using a Matlab routine and a Graphical User Interface (GUI) to assist the user in the processing and interpretation of the result.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-05-25T19:49:56Z No. of bitstreams: 1 DissBDQ.pdf: 27222907 bytes, checksum: eb17b232bd0096bfa1e0fb1dd7f4bf74 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-30T13:44:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBDQ.pdf: 27222907 bytes, checksum: eb17b232bd0096bfa1e0fb1dd7f4bf74 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-30T13:45:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBDQ.pdf: 27222907 bytes, checksum: eb17b232bd0096bfa1e0fb1dd7f4bf74 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T13:50:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBDQ.pdf: 27222907 bytes, checksum: eb17b232bd0096bfa1e0fb1dd7f4bf74 (MD5) Previous issue date: 2015-10-06 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In this study nanocomposites of polyamide-6 (PA-6) reinforced with silica nanoparticles (SiO2) were prepared in order to promote improved mechanical properties for engineering applications. The nanoparticles’ surfaces were chemically modified with the silane agent 3-aminopropyltrimethoxysilane (3- APTMS) to improve the chemical and physical interactions between them and the PA-6 matrix. Nuclear magnetic resonance analysis (NMR) and Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FT-IR) showed that 3-APTMS grafting on nanoparticles surface was accomplished. The nanocomposites mixing process was studied in two forms: by torque rheometry, using a torque rheometer internal mixer; and in a co-rotating and intermeshing twin-screw extruder. A preliminary study of the influence of processing variables at the torque rheometer on the degradation of polyamide-6 matrix was performed. The results showed that the greater the filling volume of the mixture in the chamber and the rotational speed of the rheometer’s rotors, the lower the degradation of the polyamide-6. Based on this preliminary study, compositions with 1, 2, and 4 % weight of SiO2 nanoparticles, both unmodified and chemically modified with 3-APTMS were prepared in the torque rheometer. The nanocomposites were compression molded and it was observed that nanocomposites reinforced with 1 wt.% SiO2, both unmodified and surface-modified, presented the best tensile properties. For the nanocomposite samples processed in the twin-screw extruder, the influence of relevant variables – nanoparticle content, chemical surface modification, physical form of the fed PA-6 (granule and powder), rotational speed of screws and extruder feed rate – on mechanical, thermal, and dynamic-mechanical properties were studied. The samples were afterwards injection molded and it was observed that the samples produced using 1 wt.% surface-modified and 100% finely ground PA-6 showed the higher tensile modulus and yield strength values. / Neste estudo foram preparados nanocompósitos de poliamida 6 (PA6) reforçados com nanopartículas de sílica (SiO2), com o objetivo de promover melhoria de propriedades mecânicas para aplicações de engenharia. A superfície das nanopartículas foi modificada quimicamente com o agente silano 3-aminopropiltrimetoxisilano (3-APTMS) para melhorar as interações químicas e físicas entre elas e a matriz de PA6. Análises de ressonância magnética nuclear (RMN) e espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) mostraram que houve sucesso na funcionalização das nanopartículas com o agente silano. O processo de mistura dos nanocompósitos foi estudado de duas formas: por meio de reometria de torque em um misturador interno; e em extrusora com rosca dupla co-rotacional e interpenetrante. Um estudo preliminar da influência das variáveis de processamento no reômetro de torque sobre a degradação da poliamida 6, mostrou que quanto maior o volume de preenchimento da câmara de mistura e a velocidade de rotação dos rotores do reômetro, menor foi a degradação da poliamida 6. Com base neste estudo preliminar, foram preparadas no reômetro de torque composições com 1, 2 e 4% em massa de nanopartículas de SiO2 não modificadas e modificadas quimicamente com 3- APTMS. Os nanocompósitos obtidos foram moldados por compressão, tendo sido observado que os nanocompósitos reforçados com 1 %m. de SiO2 não modificada apresentaram as melhores propriedades mecânicas de resistência à tração e deformação na ruptura em ensaio de tração, enquanto os nanocompósitos com 1 %m. de nanosílica modificada apresentaram as melhores propriedades mecânicas de módulo elástico também no ensaio de tração. Para as amostras de nanocompósitos processadas na extrusora de rosca dupla, foram estudadas as influências do teor de nanopartículas, da modificação química superficial, da forma física da PA6 alimentada (grânulo e pó), da velocidade de rotação das roscas e da taxa de alimentação da extrusora sobre as propriedades mecânicas, térmicas e dinâmico-mecânicas. Posteriormente, os corpos de prova foram moldados por injeção e observou-se que a amostra cuja composição polimérica foi de 100% de PA6 fina e reforçada com 1 %m. de nanosílica modificada superficialmente pelo agente silano 3- APTMS apresentou os maiores valores de módulo de elasticidade e de tensão no escoamento no ensaio mecânico sob tração.